Sistema di frenatura robot a tutela del personale

Applicazioni

La società tedesca Liebherr Verzahntechnik realizza dentatrici, rettificatrici e dentatrici a creatore e dentatrici a coltello circolare. Per il settore specifico della ‘Tecnica del Flusso dei Materiali’, fra le diverse soluzioni un posto particolare è occupato dai robot a portale, pensati per trasportare pezzi di peso da 0,5 a 1.000 kg. I robot a portale Liebherr, cento dei quali sono attualmente in produzione per un importante costruttore automobilistico, sono utilizzati per il carico e lo scarico di macchine utensili e alimentano sino a 12 centri di lavorazione, installati lungo il portale. Sul portale possono operare simultaneamente più carrelli, ciascuno equipaggiato con due assi Z verticali, uno dei quali preleva il pezzo a lavorazione terminata, mentre il secondo fa avanzare il pezzo successivo. Le velocità e le accelerazioni in gioco sono elevate, si tratta infatti di 3 m/s e 5 m/s2 per i carrelli e di 2 m/s con corse di 2 m per l’asse Z verticale. Tale asse, sottoposto a forze gravitazionali, rappresenta un aspetto di particolare rischio: con i suoi 400 kg circa di peso proprio può infatti scivolare anche in assenza di alimentazione per cause quali imbrattamenti, usura meccanica o presenza d’olio sui freni di ritenuta.

Monitoraggio e controllo
Per la sicurezza dei propri assi verticali, Liebherr impiega il sistema di frenatura e ritenuta sicura di Rexroth che garantisce al personale una sosta sicura nella zona degli assi verticali. L’utilizzo di tale sistema, certificato a norma En 954-1, Categoria 3, fa risparmiare al costruttore delle laboriose progettazioni in proprio e le lungaggini dei collaudi previsti dalla normativa. Il sistema Rexroth è basato su due freni indipendenti, azionati e monitorati separatamente da canali ridondanti integrati nell’azionamento. Nell’asse verticale del portale di carico Liebherr sono utilizzati il freno di ritenuta integrato nel motore e un freno ad attrito montato esternamente.
Per individuare errori ‘dormienti’, Rexroth utilizza un test ciclico dei freni. A tale scopo, il sistema determina il momento di carico esercitato dalla forza di gravità. I freni sono quindi chiusi in sequenza, dopodiché l’azionamento li carica in entrambe le direzioni. In tale ambito, lo stato di fermo dell’asse è monitorato su due canali, consentendo di rilevare e bloccare in sicurezza un eventuale ‘scivolamento’, causato ad esempio da un insidioso imbrattamento di olio del freno. Se entrambi i sistemi di ritenuta hanno superato il test, lo stato freni interno viene impostato su ‘Ok’ per l’intervallo successivo. In tale lasso di tempo è possibile accedere nuovamente alla zona presente sotto l’asse verticale senza dover attuare un altro test freni.

In caso di errore
Quando un operatore entra in un centro di lavorazione al cui interno si trova l’asse verticale del portale di carico, egli prima di tutto deve selezionare la funzione di sicurezza ‘Sosta d’esercizio sicura’ per l’asse Z. Se i freni si trovano nello stato ‘Ok’ ed è rilevato uno stato di fermo sicuro, l’azionamento invia un’apposita conferma, che consente all’operatore di sostare sotto l’asse verticale. In tale ambito, lo stato di fermo è monitorato su due canali diversi: azionando un apposito tasto di consenso, è possibile spostare l’asse verticale, ma soltanto a velocità ridotta a livelli di sicurezza. Anche in questo caso è previsto un monitoraggio sicuro del rispetto dei valori limite parametrizzati: in caso di errore, l’azionamento dell’asse verticale, mediante la strategia ad intervento graduato, passa allo stato di ‘Arresto frenato sicuro’. Per i casi di errore, Rexroth ha sviluppato una strategia ad intervento graduato. Nel primo stadio, l’azionamento dapprima tenta di arrestare l’asse verticale azzerando il valore nominale e, durante questa fase, l’azionamento verifica su due canali se anche la riduzione parametrizzata della velocità è rispettata. In caso di arresto, sono azionati entrambi i freni e l’azionamento scollega l’alimentazione elettrica dal motore (blocco riavviamento, arresto frenato sicuro). Se poi, a causa di errore, la frenatura tramite azionamento non è sufficiente, nel successivo stadio si mette in moto il primo sistema di frenatura meccanico, anch’esso monitorato su due canali separati. Se la frenatura si svolge nel modo previsto, il secondo sistema di frenatura viene attivato soltanto in stato di fermo e l’azionamento passa allo stato di arresto frenato sicuro. Se anche il primo freno meccanico non riduce la velocità al valore prescritto, l’ultimo stadio prevede l’attivazione del secondo sistema frenante. In totale, vi sono quindi tre possibilità di frenatura dell’asse verticale, attivabili in sequenza in seguito alla risposta del monitoraggio freni a doppio canale. Se per impedire la caduta dell’asse i tempi di risposta dei sistemi di frenatura rappresentano un aspetto critico, è possibile azionare anche simultaneamente entrambi i freni meccanici in caso di malfunzionamento del freno comandato dall’azionamento.

E in caso d’emergenza
Indipendentemente dallo stato d’esercizio, se un operatore rileva un’anomalia, l’arresto immediato di tutti i movimenti può evitare il peggio. Per tale ragione, nei portali Liebherr, l’arresto d’emergenza è collegato direttamente alla funzione di sicurezza ‘Blocco azionamento’. Un comando della Categoria di arresto 1, ad arresto raggiunto, comporterà lo scollegamento elettronico su due canali dell’alimentazione elettrica nell’azionamento; al contempo, entrambi i freni controllati saranno azionati mediante i canali diversitari integrati nell’azionamento. La struttura modulare, anche in questo caso, assicura il massimo livello di affidabilità: tutti i segnali sono infatti trasmessi in parallelo, tramite due conduttori separati.
Secondo la normativa Din En 60204-1 (giugno 2007), lo scollegamento elettronico su due canali nell’azionamento è consentito in caso di arresto d’emergenza. La funzione di arresto d’emergenza è un aspetto importante nelle macchine il cui principale fattore di pericolo è il movimento di parti meccaniche; se, invece, tale pericolo è prevalentemente di carattere elettrico, l’arresto d’emergenza deve avvenire mediante scollegamento elettromeccanico. Il sistema di frenatura e ritenuta Rexroth funziona in entrambi i casi: contrariamente alle altre soluzioni, infatti, l’asse verticale è qui trattenuto in modo ridondante anche dopo la disinserzione dell’energia, mediante due sistemi di frenatura controllati.

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